4 Вп: рост и развитие растений. Пути управления развитием растений
В основе роста и развития целого организма и отдельной клетки лежит обмен веществ . В процессе жизни каждого организма происходят постоянные качественные и количественные изменения, прерываемые лишь периодами относительного покоя.
Необратимое количественное увеличение структур, объема и массы живого тела и его частей получило название роста. Развитие - это качественные изменения организма и его составляющих. Рост и развитие тесно связаны между собой, как правило, протекают параллельно, но не сводимы друг к другу. Оба процесса регулируются на клеточном уровне.
Рост отдельных органов и всего организма слагается из роста его клеток. Основные этапы роста, а также и развития на клеточном уровне - деление клеток и их растяжение, т.е. увеличение размеров в длину. Постепенное увеличение линейных размеров, объема и массы клеток - важнейшие показатели роста. В многоклеточных организмах одним из показателей роста является увеличение числа клеток в результате клеточного деления.
Растительная клетка способна к росту растяжением, чему содействуют особенности строения ее стенки. Длительность роста растяжением клеток различных тканей неодинакова. У части тканей, стенки которых способны к вторичным изменениям, рост растяжением на определенном этапе прекращается и наступает вторая фаза роста, при которой рост осуществляется путем наложения новых слоев на первичную оболочку или внедрением в нее.
Особенности роста различны у разных систематических групп организмов. У высших растений рост тесно связан с деятельностью меристем . Рост, так же как и развитие, контролируется фитогормонами . Помимо влияния фитогормонов на рост и развитие растения, заметное воздействие оказывают факторы среды, особенно свет, тепло и влага. Комплекс этих факторов и фитогормонов действует либо независимо, либо взаимодействуя друг с другом. Интенсивность роста существенным образом связана с питанием растений, особенно с азотным и фосфорным.
Типы роста различных органов определяются характером расположения меристем. Стебли и корни растут верхушками, т.е. имеют апикальный рост. Зона нарастания листьев часто находится у их основания, и они имеют базальный рост. Нередко характер роста органа зависит от видовой специфичности. У злаков , например, рост стебля осуществляется у основаниямеждоузлий , когда преобладает интеркалярный рост. Важная особенность роста растений - его ритмичность, т.е. чередование процессов интенсивного и замедленного роста. Она зависит не только от изменений внешних факторов среды, но и контролируется внутренними факторами (эндогенно), закрепленными генетически в процессе эволюции.
В целом рост растения складывается из четырех фаз: начальной, интенсивного роста, замедления роста и стабильного состояния. Это связано с особенностями различных стадий онтогенеза , т.е. индивидуального развития растений.
Управление динамикой развития растений в системе точного растениеводства
Проблему «правильного питания растений» в настоящее время решают с помощью различных подходов, в том числе путем привлечения современных технических средств и технологий, например, системы точного земледелия.
В основе научной концепции точного земледелия лежат представления о неоднородности почвенного покрова в пределах каждого конкретного поля и устранение влияния этих неоднородностей на урожайность и качество возделываемых культур. Для оценки и детектирования почвенно-агрохимических и иных неоднородностей используются новейшие технологии, такие как системы глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС), специальные датчики, аэрофотоснимки и снимки со спутников, а также специальные программы на базе генно-информационных систем (ГИС). Собранные данные используются преимущественно для дифференцированного расчёта норм внесения удобрений с учетом пространственной неоднородности агрохимических параметров поля, а также оптимизации использования средств защиты растений, более точной оценки нормы посева, более точного предсказания урожайности и финансового планирования.
Дифференцированное применение агротехнических средств и приёмов с использованием прецизионной сельскохозяйственной техники позволило повысить продуктивность агроценоза относительно зональных технологий на 35–40 %, снизить уровень техногенной химической нагрузки на 15–25 % и повысить устойчивость агроэкосистемы к широкому комплексу неблагоприятных воздействий [3-4]. Так, расходы только на калийные удобрения сократились на 64 %, а расходы на азотные удобрения (включая подкормки) снизились на 70%. Таким образом, использование всего одного управляющего инструмента системы точного земледелия (дифференцированного внесения минеральных удобрений), позволило существенно снизить эколого-антропогенную нагрузку на агросистему, и значительно уменьшить расход ресурсов (4).
Вместе с тем, несмотря на достигнутые успехи в дифференциально-позиционированном использовании минеральных удобрений технологии точного земледелия и эта система не лишена недостатков. Прежде всего, такая технология, как и традиционная технология возделывания сельскохозяйственных культур, предусматривает внесение основных элементов питания в почву. Однако, как известно, около 50% массы питательных элементов удобрений приходится на безвозвратные потери (закрепление в почве, инфильтрация и вынос в грунтовые воды, газообразные потери и др.). Традиционное внесение минеральных удобрений в почву приводит к увеличению энергетических и ресурсных затрат на производство единицы продукции, загрязнению окружающей среды и ухудшению качества продукции, к другим негативным последствиям. Вместе с тем, даже дифференцированное внесение минеральных удобрений в почву хоть и обеспечивает рациональное распределение элементов питания в неравномерном по плодородию пространстве поля, однако не позволяет целенаправленно влиять на процесс вегетации, прежде всего на тех или иных стадиях роста и развития растений во времени.
Вышеизложенное позволяет считать, что изменение технологии использования удобрений, должно сочетать в себе приемы управления не только пространственной неоднородностью почвенно-агрохимическими показателями (элементы технология точного земледелия) – фактором пространства, но и управлением динамикой развития растений – фактором времени, который следует, на наш взгляд, также рассматривать как основной элемент системы точного земледелия.
Инструментом для оптимизации питания растений во времени является некорневые подкормки элементами питания, физиологическими регуляторами и иными средствами управления биопродукционным процессом. Некорневые подкормки чаще всего, до сих пор, применяются в виде водных растворов минеральных солей.
Позитивной особенностью некорневых подкормок является оперативность воздействия на протекание процессов метаболизма на различных стадиях роста и развития растений. Прежде всего, речь идет о корректировке физиологических функций, связанных с процессами фотосинтеза с целью увеличения его интенсивности как на микроуровне — на уровне хлоропласта, листа, растения, так и фитоценоза в целом. Учет этих факторов позволяет значительно увеличить урожайность сельскохозяйственных культур и повысить качество продукции.